La forma unica dell’esplosione della stella rivelata appena un giorno dopo la scoperta

Rapide osservazioni con il VLT (Very Large Telescope) dell’ESO (Osservatorio Europeo Australe) hanno rivelato la morte esplosiva di una stella proprio mentre l’esplosione stava sfondando la superficie stellare. Per la prima volta, gli astronomi hanno svelato la forma dell’esplosione nella sua fugace fase iniziale. Questo breve stadio iniziale non sarebbe più stato osservabile già dal giorno successivo ed è fondamentale per rispondere a una serie di domande su come le stelle massicce esplodono come supernovae.

Quando l’esplosione di supernova SN 2024ggi fu rivelata per la prima volta nella notte del 10 aprile 2024, Yi Yang, professore associato presso l’Università Tsinghua di Pechino, in Cina, e autore principale del nuovo studio, era appena atterrato a San Francisco dopo un lungo volo.

Sapeva di dover agire in fretta. Dodici ore dopo, aveva inviato una proposta di osservazione all’ESO, che, dopo un rapidissimo processo di approvazione, puntò il telescopio VLT in Cile verso la supernova l’11 aprile, 26 ore appena dopo la scoperta.

SN 2024ggi si trova nella galassia NGC 3621, in direzione della costellazione dell’Idra, a “soli” 22 milioni di anni luce di distanza da noi, quindi vicina in termini astronomici.

Con un grande telescopio e lo strumento giusto, il gruppo internazionale di lavoro sapeva di avere una rara opportunità di svelare la forma dell’esplosione poco dopo il suo verificarsi.

“Le prime osservazioni del VLT hanno catturato la fase durante la quale la materia accelerata dall’esplosione vicino al centro della stella ha attraversato la superficie stellare. Per alcune ore, la geometria della stella e la sua esplosione potevano essere, e sono state, osservate insieme“, afferma Dietrich Baade, astronomo dell’ESO in Germania e coautore dello studio pubblicato oggi su Science Advances.

“La geometria di un’esplosione di supernova fornisce informazioni fondamentali sull’evoluzione stellare e sui processi fisici che portano a questi fuochi d’artificio cosmici“, spiega Yang.

I meccanismi esatti alla base delle esplosioni di supernova di stelle massicce, quelle con una massa superiore a otto volte quella del Sole, sono ancora dibattuti e rappresentano una delle domande fondamentali che gli scienziati vogliono affrontare.

La progenitrice di questa supernova era una stella supergigante rossa, con una massa da 12 a 15 volte quella del Sole e un raggio 500 volte maggiore, il che rende SN 2024ggi un classico esempio di esplosione di una stella massiccia.

Sappiamo che durante la propria vita una stella tipica mantiene la forma sferica grazie a un equilibrio molto preciso tra la forza gravitazionale che la vuole comprimere e la pressione del motore nucleare che la vuole espandere.

Quando esaurisce l’ultima fonte di combustibile, il motore nucleare inizia a scricchiolare.

Per le stelle massicce, questo segna l’inizio di una supernova: il nucleo della stella morente collassa, gli strati di massa circostanti cadono su di esso e rimbalzano. Questo urto di rimbalzo si propaga poi verso l’esterno, distruggendo la stella.

Una volta che l’urto oltrepassa la superficie, libera immense quantità di energia: la supernova aumenta notevolmente la propria luminosità e diventa osservabile.

Durante una fase di breve durata, la forma iniziale della supernova, che possiamo chiamare “forma di breakout”, può essere studiata prima che l’esplosione interagisca con il materiale che circonda la stella morente.

Questo è ciò che gli astronomi hanno ottenuto per la prima volta in assoluto con il VLT dell’ESO, utilizzando una tecnica chiamata “spettropolarimetria”.

“La spettropolarimetria fornisce informazioni sulla geometria dell’esplosione che altri tipi di osservazione non possono fornire perché le scale angolari sono troppo piccole“, aggiunge Lifan Wang, coautore dell’articolo e professore alla Texas A&M University negli Stati Uniti d’America, che era studente all’ESO all’inizio della propria carriera astronomica.

Anche se la stella che esplode appare come un singolo punto, la polarizzazione della luce trasmette indizi nascosti sulla geometria, indizi che questo gruppo è stato in grado di svelare.

L’unico strumento nell’emisfero australe in grado di catturare la forma di una supernova attraverso una tale misura è lo strumento FORS2 installato sul VLT. Grazie ai dati di FORS2, gli astronomi hanno scoperto che l’esplosione iniziale di materiale aveva una forma allungata come un’oliva.

A mano a mano che l’esplosione si diffondeva verso l’esterno e collideva con la materia intorno alla stella, la forma si appiattiva, ma l’asse di simmetria del materiale espulso rimaneva invariato.

“Questi risultati suggeriscono un meccanismo fisico comune che guida l’esplosione di molte stelle massicce, che manifesta una simmetria assiale ben definita e agisce su larga scala“, secondo Yang.

Con questa conoscenza, gli astronomi possono già escludere alcuni degli attuali modelli di supernova e aggiungere nuove informazioni per migliorarne altri, fornendo informazioni sulle potenti morti delle stelle massicce.

“Questa scoperta non solo rimodella la nostra comprensione delle esplosioni stellari, ma dimostra anche cosa si può ottenere quando la scienza trascende i propri confini“, conclude il coautore e astronomo dell’ESO Ferdinando Patat.

“È un potente promemoria che curiosità, collaborazione e azione rapida possono svelare profondi indizi sulla fisica che plasma il nostro Universo“.

Crediti: ESO/L. Calçada

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